«РЕКИ, ОЗЕРА И МОРЯ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ

В ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ И ЛЕКСИКЕ РУССКИХ ГОВОРОВ»

Электронный иллюстрированный словарь
Грантовый проект Русского географического общества 37/2022-И

Измерение расхода воды профилографом

Измерение расхода воды профилографом

 

Одним из важных приборов, позволяющих измерить расход воды, является профилограф. Профилограф позволяет получить профиль водного сечения реки, а также скорости течения при пересечении водотока. После обработки этих данных можно вычислить расход воды. По принципу действия профилографы подразделяются на механические, гидростатические и акустические.

Действие механических профилографов основано на передаче измеряемых глубин при помощи промеренного груза на тросе или жёсткой промерной штанги записывающему механизму. Нижний конец штанги опускают в воду. При движении штанга перемещается по дну. Угол её наклона зависит от глубины воды. Барабан с лентой, на которой записывается профиль водного сечения, приводится в движение часовым механизмом или винтом, погружённым в воду. В лабораторных механических профилографах промерная штанга с роликом на конце располагается вертикально или наклонно.

Действие гидростатических профилографов основано на зависимости гидростатического давления от глубины воды. Приборы работают по принципу следящей системы, автоматически записывающей профиль дня при движении прибора по дну. В качестве чувствительного элемента, воспринимающего гидростатическое давление, используют сильфоны. Для регистрации расстояний вдоль профиля применяется измерительный трос, необходимый запас которого имеется внутри профилографа. При принудительном вытравливании из прибора измерительный трос, закреплённый на исходном берегу, приводит в действие лентопротяжный механизм самописца, перемещение ленты в котором пропорционально проходимому профилографом расстоянию.

В акустическом профилографе (эхолоте) используется распространение ультразвуковых волн в воде. Такой профилограф состоит из центрального прибора для посылки и приёма ультразвуковых импульсов и для автоматической записи глубин, забортного устройства для погружения в воду обтекателя с магнитострикционными преобразователями, блока питания для преобразования постоянного тока источника питания в переменный ток с последующим выпрямлением его для питания аппаратуры и соединительных кабелей. Также они снабжены стрелочным указателем глубин или самописцем, регистрирующим глубины на ленте по ходу аппарата.

Принцип действия профилографов основан на подаче короткого ультразвукового сигнала фиксированной частоты в воду. Отражатели (частицы), имеющиеся в воде, возвращают сигнал к датчику профилографа. Отраженный импульс имеет сдвиг в частоте, пропорциональный скорости потока. Ультразвуковой сигнал профилографа делит водный столб по вертикали на множество дискретных, сегментов, называемых «ячейками глубины». Для получения вертикальной эпюры (профиля) скоростей отраженный импульс обрабатывается для каждой «ячейки глубины».

Отраженный сигнал оцифровывается с помощью ПО в массив точек. На основании полученных данных вычисляются различные характеристики водного потока в локальной точке и по всей глубине.

В принятой системе профилирования используются два необходимых условия:

- объект, отражающий сигнал, перемещается с водным потоком с той же скоростью;

- все четыре луча датчика выполняют измерения в одинаковых условиях.

Профилограф измеряет движение воды относительно датчика. Чтобы получить действительную скорость движения потока, скорость движения самого датчика (или судна, на котором он расположен) должна быть исключена. Действительная скорость воды вычисляется как разность скорости, измеренной в «ячейке глубины», и скорости перемещения датчика профилографа относительно дна.

При пересечении поперечного сечения водотока выполняется вертикальное профилирование скоростей течения и глубин потока. Расход воды вычисляется суммированием расходов каждого ансамбля (вертикального сегмента с группой данных). Количество «ячеек глубины» в вертикальном ансамбле, в которых выполняется измерение скоростных компонентов, рассчитывается автоматически в зависимости от максимальной глубины потока, режима профилирования или задается вручную с помощью команды оператора.

 

Иллюстрации

Общий вид профилографа

 

Источники информации

Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 2. Ч. II

Гидрологические наблюдения на постах. Л.: Гидрометеоизат, 1985. 264 с.

 

Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 6. Ч. I Гидрологические наблюдения и работы на больших и средних реках. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 400 с.

 

Железняков Г. В. Гидрология и гидрометрия. М.: Высшая школа, 1981. 264 с.

 

Составители словарной статьи

Исаев Д. И. Ванченко С. И., Ванченко В.